[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Trialkylpnictogen
sowie nach diesem Verfahren hergestelltes Trialkylpnictogen mit einem geringen Gehalt
an Aluminiumhaltigen und chlorhaltigen Verbindungen und deren Verwendung für die Herstellung
von PET-Detektoren.
Beschreibung
[0002] Trialkylpnictogene wie beispielsweise Trialkylbismuth oder Trialkylantimon sind von
wirtschaftlicher Bedeutung in der elektronischen Industrie für die Herstellung von
epitaktischen Schichten auf Halbleitern und als Quenchungsmittel in der Herstellung
von Polycarbonatschmelzen. Eine essentielle Voraussetzung dafür ist, dass das Bismuthalkyl
in einer hohen Reinheit vorliegt. Diese Bedingung stellt eine hohe Anforderung an
die Herstellungsverfahren für Trialkylbismuth.
[0003] Höhere Trialkylpnictogene können typischerweise durch die Umsetzung von Pnictogentrihalogenid
der allgemeinen Formel MX
3 mit Trialkylaluminium der allgemeinen Formel AlR
3 gemäß der Reaktionsgleichung (I) hergestellt werden
MX
3 + AlR
3 → MR
3 + AlX
3 (I).
[0004] Häufig ist vor allem die Herstellung von Trimethylbismuth (TMBi) aus der Umsetzung
von Bismuthtrichlorid mit Trimethylaluminium (TMA) gemäß der Reaktionsgleichung (II)
BiCl
3 + Al(CH
3)
3 → Bi(CH
3)
3 + AlCl
3 (II).
[0005] Bei der Synthese von Trimethylbismuth aus Bismuthtrihalogenid und Trimethylaluminium
fallen neben dem gewünschten Produkt auch nicht näher spezifizierte aluminium- und
chlorhaltige Nebenverbindungen an. Vermutlich handelt es sich hierbei um Dimethylaluminiumchlorid
(DMAC), Methylaluminiumdichlorid (MADC) sowie nicht näher spezifizierte Bismuthverbindungen.
Diese lassen sich durch bloße Rektifikation über eine Füllkörperkolonne nicht ausreichend
entfernen um für einen zufriedenstellenden industriellen Gebrauch geeignet zu sein.
Wünschenswert ist Trialkylbismuth mit einem möglichst niedrigen Gehalt an aluminium-
oder chlorhaltigen Verbindungen, bevorzugt mit 1 Gew.-% oder weniger aluminiumhaltige
Verbindungen und 100 ppm oder weniger chlorhaltigen Verbindungen.
[0006] Ein niedriger Gehalt an Nebenverbindungen ist essentiell um eine lange Lebensdauer
der durch die Positronenemission im PET-Detektor entstandenen freien Ladungsträger
zu ermöglichen, da diese beispielsweise durch oxidische Verbindungen eingefangen werden
könnten.
[0007] Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur Herstellung und Aufreinigung von Metallalkylen
bekannt.
[0008] So ist beispielsweise aus
GB-A-2201418 bzw.
Chemtronics, 1988, Vol. 3, 38 ein Herstellungsverfahren für reine Metallalkyle der dritten Hauptgruppe des Periodensystem
bekannt (z.B.: Trialkylaluminium, Trialkylgallium, Trialkylindium), umfassend die
Schritte des Auflösens des unreinen Metallalkyls in einem geeigneten Lösungsmittel,
Zugabe eines
Stickstoff-Donor-Ligandens, beispielsweise Methylenbis(N,N-dimethylanilin), Kristallisation des Addukts und Aufspaltung
des Addukts im Vakuum. Die Wahl des Stickstoff-Donor-Ligandens ist laut
GB-A-2201418 entscheidend, da nicht alle stickstoffhaltigen Basen in der Lage sind, eine vollständige
Aufspaltung des Metallalkyl-Adduktes zu bewirken. Das Verfahren weist jedoch den Nachteil
auf, dass ein zeitintensiver und die Ausbeute vermindernder Schritt zur Kristallisation
notwendig ist.
[0009] Es ist bekannt aus
Methoden der organischen Chemie (Houben-Weyl) Band 13/4, Metallorganische Verbindungen
des Al, Ga, In, Ti, E. Müller, ed., Georg Thieme Verlag, Stuttgart, West Germany,
1970, dass Aluminiumalkyle und -chloride stabile Komplexe mit
tertiären Aminen bilden, die gegen thermische Belastung in einem weiten Temperaturbereich
stabil sind. Durch die Verwendung eines
hochsiedenden, tertiären Amins, bspw. Trioctylamin (TOAm) mit einem Siedepunkt von 365-367 °C, sind ferner nach Destillation
keine weiteren Verunreinigungen durch das Amin selbst zu erwarten.
[0010] Ein ähnliches Verfahren ist auch in
JP 2008-024617 zur Herstellung von hochreinen Metallalkylen der dritten Hauptgruppe offenbart. Trialkylaluminium
wird mit Trialkylaminen umgesetzt um einen Aminkomplex zu bilden. Hochreines Trialkylaluminium
wird durch Dissoziation des Komplexes erhalten.
[0011] WO-A-85/04405 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Trialkylbismuth über ein Aryl-haltiges
Addukt und anschließender thermischer Dissoziation.
[0012] Entsprechende Herstellungsverfahren für Pnictogenalkyle, wie beispielsweise Trialkylbismuth,
sind jedoch nicht bekannt.
[0013] WO-A-13/116025 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Trialkylgallium und Trialkylindium durch
Umsetzung von Gallium- oder Indiumtrihalogenid mit Trialkylaluminium in Gegenwart
von Alkalihalogenid und einer erdalkalimetallhaltigen ionischen Flüssigkeit der Formel
M[AlR
nX
(4-n)].
[0014] Die nach den im Stand der Technik bekannten Verfahren hergestellten Trialkylpnictogene
enthalten hohe Mengen an aluminiumhaltigen und chlorhaltigen Verbindungen. Diese konnten
auch durch Rektifikation über eine Füllkörperkolonne nicht erfolgreich entfernt werden.
[0015] Die bekannten Verfahren zur Herstellung von Trialkylpnictogen sind somit für bestimmte
Anwendungszwecke nicht befriedigend, da danach kein Trialkylpnictogen mit niedrigem
Gehalt an aluminiumhaltigen Verbindungen und gleichzeitig niedrigem Gehalt an chlorhaltigen
Verbindungen hergestellt werden kann.
[0016] Demgemäß lag eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung
von Trialklypnictogenen mit geringem Gehalt an aluminium- und chlorhaltigen Verbindungen,
bevorzugt mit einem Gehalt an aluminiumhaltigen Verbindungen von weniger als 1 Gew.-%
und chlorhaltigen Verbindungen von weniger als 100 ppm, sowie die nach diesem Verfahren
erhaltenen Trialcylpnictogene.
[0017] Überraschend wurde nun gefunden, dass die Zugabe von Trialkylamin zu Trialkylpnictogen
und die anschließende Destillation des Trialkylpnictogen zu Produkten mit niedrigen
Gehalten an sowohl aluminiumhaltigen als auch chlorhaltigen Verbindungen, wie beispielsweise
Chloriden, führt.
[0018] Es konnte überraschend festgestellt werden, dass durch Destillation eines Gemisches
aus Trialkylamin und Trialkylpnictogen aus der Umsetzung von Pnictogentrihalogenid
mit Trialkylaluminium gleichzeitig eine nahezu vollständige Entfernung sowohl von
aluminiumhaltigen als auch chlorhaltigen Verbindungen, wie beispielsweise Chloriden,
möglich ist.
[0019] Die Lösung der Aufgabe und Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Verfahren
zur Herstellung von Verbindungen der allgemeinen Formel MR
3, umfassend die folgenden Schritte
- (i) Umsetzung von Pnictogentrihalogenid der allgemeinen Formel MX3 mit Trialkylaluminium der allgemeinen Formel AlR3 zu Trialkylpnictogen der allgemeinen Formel MR3, gemäß der Reaktionsgleichung (I)
MX3 + AlR3 → MR3 + AlX3 (I)
wobei
M ein Pnictogen, bevorzugt Bismuth oder Antimon, besonders bevorzugt Bismuth ist,
X jeweils unabhängig voneinander ein Halogen, bevorzugt Chlor, Brom oder lod, besonders
bevorzugt Chlor ist und
R jeweils unabhängig voneinander ein geradliniger oder verzweigter Alkyl Rest mit
1 bis 6 C-Atomen, bevorzugt mit 1 bis 4 C-Atomen, besonders bevorzugt Methyl oder
Ethyl und ganz besonders bevorzugt Methyl ist und
- (ii) Destillation von Trialkylpnictogen der allgemeinen Formel MR3 in Gegenwart von Trialkylamin der allgemeinen Formel N(R1)3, wobei R1 jeweils unabhängig voneinander ein geradliniger oder verzweigter Alkylrest mit 4
bis 12 C-Atomen, bevorzugt 6 bis 10 C-Atomen und ganz besonders bevorzugt 8 C-Atomen
ist
[0020] Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass der Rahmen der Erfindung alle beliebigen
und möglichen Kombinationen der oben stehenden und im Folgenden aufgeführten, allgemeinen
oder in Vorzugsbereichen genannten Komponenten, Wertebereiche bzw. Verfahrensparameter
umfasst.
[0021] Der Begriff
"Trialkylaluminium" umfasst im Rahmen dieser Erfindung eine Aluminiumverbindung der allgemeinen Formel
AlR
3, wobei R jeweils unabhängig voneinander ein geradliniger oder verzweigter Alkylrest
mit 1 bis 6 C-Atomen, bevorzugt 1 bis 4 C-Atomen, besonders bevorzugt Methyl oder
Ethyl und ganz besonders bevorzugt Methyl ist.
[0022] Der Begriff
"Trialkylpnictogen" umfasst im Rahmen dieser Erfindung eine Pnictogenverbindung der allgemeinen Formel
MR
3, wobei M ein Pnictogen, bevorzugt Bismuth oder Antimon und besonders bevorzugt Bismuth
ist und R jeweils unabhängig voneinander ein geradliniger oder verzweigter Alkylrest
mit 1 bis 6 C-Atomen, bevorzugt 1 bis 4 C-Atomen, besonders bevorzugt Methyl oder
Ethyl und ganz besonders bevorzugt Methyl ist. Am meisten bevorzugt ist Trimethylbismuth.
[0023] Der Begriff
"Trialkylamin" umfasst im Rahmen dieser Erfindung eine Verbindung der allgemeinen Formel N(R
1)
3, wobei R
1 jeweils unabhängig voneinander ein geradliniger oder verzweigter Alkylrest mit 4
bis 12 C-Atomen, bevorzugt 6 bis 10 C-Atomen und besonders bevorzugt 8 C-Atomen ist.
Besonders bevorzugt sind Tributylamin und Trioctylamin. Ganz besonders bevorzugt ist
Trioctylamin.
Schritt (i): Umsetzung Pnictogentrihalogenid mit Trialkylaluminium
[0024] In Schritt (i) wird Pnictogentrihalogenid mit Trialkylaluminium (AlR
3) umgesetzt.
[0025] Das Verhältnis der eingesetzten Mengen Pnictogentrihalogenid zu Trialkylaluminium
beträgt von 1:1 bis 1:5. Bevorzugt beträgt das Verhältnis der eingesetzten Mengen
Pnictogentrihalogenid zu Trialkylaluminium 1:1 bis 1:3, besonders bevorzugt 1:1,2
bis 1:1,6.
[0026] In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Pnictogentrihalogenid in Schritt (i)
in einem Medium suspendiert. Bevorzugte Medien sind nicht wechselwirkende aliphatische
oder aromatische Lösungsmittel, Destillatschnitt, d.h. hochsiedende Alkane, bevorzugt
mit einem Siedepunkt über dem des hergestellten Trialkylpnictogen, Weißöl oder Trialkylamin,
besonders bevorzugt Weißöl.
[0027] In einer bevorzugten Ausführungsform wird Pnictogentrihalogenid in Weißöl vorgelegt
und Trialkylaluminium zugegeben.
[0028] Die Zugabe des Trialkylaluminiums zum Pnictogentrihalogenid in Schritt (i) erfolgt
über einen
Zeitraum von 1 Minute bis 10 Stunden, bevorzugt 1,5 Stunden bis 3 Stunden.
[0029] In einer bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt (i) Pnictogentrihalogenid vorgelegt
und Trialkylaluminium über einen Zeitraum von 1 Minute bis 10 Stunden, bevorzugt 1,5
Stunden bis 3 Stunden, erfolgt.
[0030] Die Umsetzung von Pnictogentrihalogenid mit Trialkylaluminium in Schritt (i) erfolgt
typischerweise bei einer
Reaktionstemperatur von 25 bis 120 °C, bevorzugt bei 60 bis 110 °C und besonders bevorzugt bei 95 bis
105 °C.
[0031] In einer bevorzugten Ausführungsform wird nach vollständiger Zugabe des Trialkylaluminiums
die Reaktion bei gleichbleibender Temperatur für 1 Minute bis 10 Stunden, bevorzugt
für 15 bis 45 Minuten, weitergeführt.
[0032] In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Umsetzung von Pnictogentrihalogenid
mit Trialkylaluminium in Gegenwart von Alkalihalogeniden, besonders bevorzugt in Gegenwart
von Lithiumchlorid (LiCl), Natriumchlorid (NaCl), Kaliumchlorid (KCl), Cäsiumchlorid
(CsCl), Lithiumfluorid (LiF), Natriumfluorid (NaF), Kaliumfluorid (KF), Cäsiumfluorid
(CsF), Lithiumbromid (LiBr), Natriumbromid (NaBr), Kaliumbromid (KBr), oder Cäsiumbromid
(CsBr).
[0033] Ganz besonders bevorzugt erfolgt die Umsetzung von Pnictogentrihalogenid mit Trialkylaluminium
in Gegenwart von Natriumchlorid. In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform
des Schrittes (i) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Bismuthtrihalogenid in Weißöl
vorgelegt, Natriumchlorid zugegeben und anschließend Trialkylaluminium zugegeben.
[0034] Das Verhältnis von Alkalihalogenid zu Trialkylaluminium beträgt 5:1 bis 1:5, bevorzugt
3:1 bis 1:3 und besonders bevorzugt 1,5:1 bis 1:1,5.
Schritt (ia): Destillation von Trialkylpnictogen (optional)
[0035] In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach
der Umsetzung in Schritt (i) in einem Schritt (ia) die Destillation des Trialkylpnictogen
in einer dem Fachmann bekannten Art und Weise durchgeführt.
[0036] In einer Ausführungsform erfolgt die Destillation in Schritt (ia) bei Normaldruck
bei einer Temperatur von 75 bis 135 °C, bevorzugt bei einer Temperatur von 85 bis
125 °C und besonders bevorzugt bei einer Temperatur von 95 bis 115 °C.
[0037] In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Destillation unter vermindertem
Druck, besonders bevorzugt unter einem Druck von 50 mbar oder weniger.
[0038] In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Destillation in einer Destillationsapparatur
ausgestattet mit einer Füllkörperkolonne.
[0039] Das Trialkylpnictogen-Destillat welches in Schritt (ia) erhalten wird, weist eine
Konzentration an chlorhaltigen Verbindungen von mehr als 100 ppm und eine Konzentration
an aluminiumhaltigen Verbindungen von mehr als 1 Gew.-% auf.
Schritt (ii): Destillation von Trialkylpnictogen
[0040] In Schritt (ii) wird das hergestellte Trialkylpnictogen in Gegenwart von hochsiedenden
Trialkylamin der allgemeinen Formel N(R
1)
3 destilliert und von den aluminiumhaltigen und chlorhaltigen Verbindungen getrennt.
[0041] Bevorzugtes Trialkylamin ist nichtverzweigtes Triocytlamin (N(C
8H
17)
3).
[0042] Die Zugabe des erfindungsgemäßem Trialkylamins kann bereits während des Schritts
(i) erfolgen.
[0043] Die Zugabe des erfindungsgemäßem Trialkylamins während des Schritts (i) hat den Vorteil,
dass kein weiteres Lösungsmittel, wie beispielsweise Weißöl, eingesetzt werden muss.
[0044] Bei den hohen Reaktionstemperaturen des Schritt (i) kann eine teilweise Zersetzung
des Amins stattfinden und aliphatische Reste zurückbleiben. In diesem Fall ist die
Zugabe von Trialkylamin mit einer möglichst geringen Ketten länge bevorzugt, da diese
nur kurzkettige und somit leichtflüchtige Zersetzungsprodukte bilden.
Die Zugabe von Trialkylamin nach Durchführung von Schritt (ia) ist bevorzugt
[0045] Die eingesetzte
Menge an Trialkylamin beträgt im Verhältnis zum vorliegenden Trialkylaluminium 10:1 bis
1:10, bevorzugt 5:1 bis 1:5, besonders bevorzugt 2:1 bis 1:2.
[0046] Die Zugabe des Trialkylamins kann in einem oder mehreren
Schritten, bevorzugt in einem Schritt, erfolgen.
[0047] Die Zugabe kann über einen
Zeitraum von 1 Minuten bis 2 Stunden erfolgen, bevorzugt über einen Zeitraum von 5 bis 20
Minuten.
[0048] Die Zugabe kann bei einer Temperatur von 5 bis 50 °C erfolgen, bevorzugt bei Raumtemperatur
von 23+/-2°C.
[0049] Ohne sich in irgendeiner Form wissenschaftlich festlegen zu wollen mutmaßt die Anmelderin,
dass Dimethylaluminiumchlorid (DMAC) und Methylaluminiumdichlorid (MADC) und andere
aluminiumhaltige und/oder chlorhaltige Verbindungen in der Reaktionsmischung aus Schritt
(i) oder im Trialkylpnictogen-Destillat aus Schritt (ia) durch die Umsetzung mit dem
Trialkylamin stabile Komplexe bilden, von welchen das Trialkylpnictogen mittels Destillation
abgetrennt werden kann.
[0050] Die Destillation kann in jeder dem Fachmann bekannten Art und Weise durchgeführt
werden.
[0051] Typischerweise erfolgt die Destillation bei Normaldruck bei einer Temperatur von
75 bis 135 °C, bevorzugt bei einer Temperatur von 85 bis 125 °C und besonders bevorzugt
bei einer Temperatur von 95 bis 115 °C
[0052] In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Destillation unter vermindertem
Druck, besonders bevorzugt unter einem Druck von 50 mbar oder weniger.
[0053] In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Destillation in einer Destillationsapparatur
ausgestattet mit einer Füllkörperkolonne.
[0054] Das Trialkylpnictogen-Destillat welches in Schritt (ii) hergestellt wird, weist einen
Gehalt an chlorhaltigen Verbindungen von 100 ppm oder weniger und einen Gehalt an
aluminiumhaltigen Verbindungen von 1 % oder weniger, bevorzugt 100 ppm oder weniger
auf.
Verfahren zur Verringerung des Gehalts an aluminium- und chlorhaltigen Verbindungen
[0055] Die vorliegende Erfindung umfasst außerdem weiterhin ein
Verfahren zur Verringerung des Gehalts an aluminium- oder chlorhaltigen Verbindungen von Trialkylbismuth der allgemeinen Formel BiR
3, wobei R einen linearen oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 6 C-Atomen, bevorzugt
1 bis 4 C-Atomen, besonders bevorzugt Methyl oder Ethyl und ganz besonders bevorzugt
Methyl darstellt, mit einem Gehalt von aluminiumhaltigen Verbindungen von mehr als
1 Gew.-% und einem Gehalt von chlorhaltigen Nebenverbindungen von mehr als 100 ppm,
umfassend die Schritte
Zugabe von Trialkylamin der allgemeinen Formel N(R1)3 zu einem aluminium- oder chlorhaltigen Trialkylbismuth der allgemeinen Formel BiR3,
wobei R1 jeweils unabhängig voneinander ein geradliniger oder verzweigter Alkylrest mit 4
bis 12 C-Atomen, bevorzugt 6 bis 10 C-Atomen und ganz besonders bevorzugt 8 C-Atomen
ist und
Destillation von Trialkylbismuth.
[0056] Die Erfindung betrifft weiterhin
Trialkylbismuth mit einem Gehalt an aluminiumhaltigen Verbindungen von 1 Gew.-% oder weniger und
einem Gehalt an chlorhaltigen Verbindungen von 100 ppm oder weniger, welches nach
einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde.
[0057] Die Erfindung betrifft weiterhin die
Verwendung des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Trialkylbismuth zur Herstellung
von Detektoren für die Positronen-Emissions-Tomographie (PET).
[0058] Die Erfindung betrifft weiterhin die
Verwendung des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Trialkylbismuth als Quencher
zur Herstellung von Polycarbonat.
[0059] Der
Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, dass erstmals Trialkylbismuth mit einem äußerst
geringen Gehalt an aluminiumhaltigen Verbindungen und gleichzeitig einem äußerst geringen
Gehalt an chlorhaltigen Verbindungen hergestellt werden kann.
Beispiele
Eingesetzte Materialien
[0060]
- TMA
- Trimethylaluminium; kommerziell erhältlich bei LANXESS Organometallics
- BiCl3
- Bismuthtrichlorid, >98% Reinheit; kommerziell erhältlich bei Merck
- Weißöl
- Parol®, CAS#: 8042-47-5; kommerziell erhältlich bei Sonneborn, LLC
- NaCl
- Natriumchlorid, CAS#: 7647-14-5, getrocknet; kommerziell erhältlich bei Merck
- KF
- Kaliumfluorid, CAS#: 7789-23-3, kommerziell erhältlich bei Merck
- TOAm
- Tri-n-octylamin; kommerziell erhältlich bei Merck
- TBAm
- Tri-n-butylamin; kommerziell erhältlich bei Merck
Messmethoden
Chlorid-Bestimmung:
[0061] Die Bestimmung des Gehalts an ionischem Chlorid erfolgte mittels argentometrischer
Titration (Potentiometrie). Die zu untersuchende Probe wird auf 0,1 mg genau eingewogen
und mit 0,005 mol/L Silbernitratlösung in einem Titrierautomat für potentiometrische
Bestimmungen (Mettler Toledo T90) titriert.
Al-Bestimmung:
[0062] Die Bestimmung des Aluminiumgehalts im Produkt erfolgte indirekt über die Analyse
des 1H-Spektrums der Methylsignale der TMA-Reste am Aluminium in einem NMR-Spektrometer
Avance II+ 400 (Bruker). Eine optimale Menge der Probe wird in deuterierten Lösemittel
(C
6D
6) gelöst. Die Lösung wird in ein 5 mm-NMR-Rohr gefüllt und dieses mit einer Kunststoffkappe
verschlossen und im NMR-Spektrometer vermessen. Die Nachweisgrenze von TMA in TMBi
sind 0,01% m/m.
Beispiel 1 -BiCl3 + TMA + Destillation (nicht erfindungsgemäß)
[0063] 59,4 g BiCl
3 (188 mmol) wird im Dreihalskolben vorgelegt und in 37,7 g Weißöl (Parol) suspendiert.
Anschließend werden 38,8 g Al(CH
3)
3 (538 mmol) zugetropft (Molverhältnis BiCl
3:TMA = 1:2,86). Im Anschluss erfolgte eine Destillation im Vakuum bei 50 mbar über
eine Standard-Destillationsbrücke. Das Destillat weist eine Menge von 65 Gew.-% Al-Verbindungen
und 19,2 Gew.-% Chlorid auf.
Beispiel 2 - BiCl3 + TMA + Destillation und Füllkörperkolonne (nicht erfindungsgemäß)
[0064] Im Anschluss an Beispiel 1 wird eine weitere Destillation durchgeführt. Die weitere
Destillation erfolgt im Vakuum bei 50 mbar mit einer V2A Füllkörperkolonne und Kondensatteiler.
Das Destillat weist noch immer eine Menge von 3,2 Gew.-% Al-Verbindungen und 2,1 Gew.-%
Chlorid auf.
Beispiel 3 - BiCl3 + TMA + KF + Destillation (nicht erfindungsgemäß)
[0065] 77,2 g BiCl
3 (245 mmol) und 22,0 g KF (379 mmol) werden im Dreihalskolben vorgelegt und in 110
g Weißöl suspendiert. Anschließend wird 27,4 g Al(CH
3)
3 (379 mmol) innerhalb von 45 Minuten bei einer Reaktionstemperatur von 70 °C zugetropft
(Molverhältnis BiCl
3:TMA = 1:1,55). Die Destillation erfolgte im Vakuum bei 50 mbar bei 100 °C über eine
Standard-Destillationsbrücke. Das Destillat weist eine Menge von 7,4 Gew.-% AI-Verbindungen
und 4,2 Gew.-% Chlorid auf.
Beispiel 4 - BiCl3 + TMA + NaCl + Destillation (nicht erfindungsgemäß)
[0066] 208,2 g BiCl
3 (660 mmol) und 59,8 g NaCl (1023 mmol) werden im Dreihalskolben vorgelegt und in
200 g Weißöl (Parol) suspendiert. Anschließend wird 73,8 g Al(CH
3)
3 (1023 mmol) zugetropft (Molverhältnis BiCl
3:TMA = 1:1,55). Die Destillation erfolgte im Vakuum bei 50 mbar über eine Standard-Destillationsbrücke.
Das Destillat weist eine Menge von 2,8 Gew.-% AI-Verbindungen und 2,0 Gew.-% Chlorid
auf.
Beispiel 5 - TMBi + KF (nicht erfindungsgemäß)
[0067] Zu einer Trimethylbismuth-Probe mit 3,3 Gew.-% TMA und 2,4 Gew.-% Chlorid wurden
1,4 g KF (23,9 mmol) zugegeben. Im Anschluss erfolgte erneut eine Destillation im
Vakuum bei 50 mbar. Das Destillat weist eine Menge von 0,9 Gew.-% AI-Verbindungen
und 0,79 Gew.-% Chlorid auf.
Beispiel 6 - BiCl3 + TBAm (erfindungsgemäß)
[0068] 53,1 g BiCl
3 (163 mmol) wird in 48,4 g TBAm (261 mmol) suspendiert und 18,8 g TMA (261 mmol) zugetropft
(Molverhältnis BiCl
3:TMA = 1:1,55). Im Anschluss erfolgte eine Destillation im Vakuum bei 50 mbar über
eine Standard-Destillationsbrücke. Das Destillat weist eine Menge von 0 Gew.-% AI-Verbindungen
und 73 ppm Chlorid auf. Das Destillat enthält aliphatische Verunreinigungen.
Beispiel 7 - BiCl3 + TOAm (erfindungsgemäß)
[0069] 50,1 g BiCl
3 (159 mmol) wird in 108,2 g TOAm (306 mmol) suspendiert und 22,0 g TMA (306 mmol)
bei einer Reaktionstemperatur von 95-105 °C zugetropft (Molverhältnis BiCl
3:TMA = 1:1,9). Im Anschluss erfolgte eine Destillation im Vakuum bei 50 mbar über
eine Standard-Destillationsbrücke. Das Destillat weist eine Menge von 0 Gew.-% Al-Verbindungen
und <15 ppm Chlorid auf. Das Destillat enthält aliphatische Verunreinigungen.
Beispiel 8 - TMBi + TOAm (erfindungsgemäß)
[0070] Eine TMBi-Probe mit TMA-Resten und Chlorid wurde einer Destillation im Vakuum bei
50 mbar über eine Standard-Destillationsbrücke unterzogen. Das Destillat enthielt
noch immer 7,9 Gew.-% AI-Verbindungen und 1,6 Gew.-% Chlorid.
[0071] Zu 33,6 g Trimethylbismuth-Destillat wurden 4,7 g TOAm innerhalb von 10 Minuten bei
Raumtemperatur unter Rühren zugegeben. Im Anschluss erfolgte eine Destillation im
Vakuum bei 50 mbar über eine Standard-Destillationsbrücke. Das Destillat weist eine
Menge von 0 Gew.-% AI-Verbindungen und <50 ppm Chlorid auf. Das Destillat enthält
keine aliphatischen Verunreinigungen.
[0072] Die Ergebnisse der Beispiele sind in der nachfolgenden Tabelle 1 zusammengefasst.
Tabelle 1: Ergebnisse der Beispiele 1 bis 8
Bsp |
BiCl3 [g] |
TMA [g] |
Destillation: Bad/Sumpf Kopf Temp. [°C] |
Ausbeute TMBi [g] |
AI-Gehalt [%] (m/m) |
Chlorid-Gehalt [%] (m/m) |
1 VV |
59,4 (188 mmol) |
38,8 (538 mmol) |
55-100/-/34-46 |
85,3 |
65 |
19,2 |
2 VV |
84,0 TMBi roh |
|
49,8/- 29,8 |
|
3,2 |
2,1 |
3 VV |
77,2 (245 mmol) |
27,4 (379 mmol) |
70/-/- |
35,5% (57%) |
7,4 |
4,2 |
4 VV |
208,2 (660 mmol) |
73,8 (1023 mmol) |
90-100/-/30-46 |
122,8 (73,2%) |
2,8 |
2,0 |
5 VV |
60,7 TMBi roh (23,9 mmol) |
|
42 |
|
0,9 |
0,79 |
6 |
53,1 (163 mmol) |
18,8 (261 mmol) |
90-120/80-90/26-33 |
23,0 (53,7%) |
0 |
73 ppm |
7 |
50,1 (159 mmol) |
22,0 (306 mmol) |
90-120/80-90/26-33 |
30,8 (76,2%) |
0 |
<15 ppm |
8 |
33,6 TMBi (17-50) |
|
55 |
|
0 |
<50 ppm |
Beispiel 1 zeigt, dass eine einfache Destillation nicht ausreichend ist, um geringe
Mengen an AI-Verbindungen und geringe Mengen an Chlorid zu erreichen.
Beispiel 2 zeigt, dass selbst eine wiederholte Destillation über eine Füllkörperkolonne
nicht ausreicht, um ein Trimethylbismuthprodukt mit geringer Menge an AI-Verbindungen
und Chlorid zu erreichen.
Beispiele 3 und 4 zeigen, dass die Zugabe von Alkalihalogenid zur Reaktionsmischung
zu einer Verringerung des Gehalts an AI-Verbindungen und Chlorid führt.
Beispiel 5 zeigt, dass auch eine (weitere) Destillation in Gegenwart von Alkalihalogenid
nicht ausreichend ist um ein Produkt mit geringen Mengen an AI-Verbindungen und gleichzeitig
Chlorid zu erhalten.
Beispiel 6 zeigt, dass die Destillation von Trialkylpnictogen in Gegenwart von Tributylamin
zu einer herausragenden Reduktion des Gehalts an AI-Verbindungen und Chlorid führt.
Beispiele 7 und 8 zeigen, dass die Destillation von Trialkylpnictogen in Gegenwart
von Trioctylamin zu einer herausragenden Reduktion des Gehalts an AI-Verbindungen
und Chlorid führt. Es ist dabei unerheblich, ob das Trioctylamin wie in Beispiel 7
bereits während der Umsetzung des Bismuthtrichlorids mit dem Trimethylaluminium vorliegt
wie in Beispiel 7, oder ob es erst nach einer vorangehenden Destillation des entstandenen
Trimethylbismuts zugegeben wird. Die Destillation in Gegenwart von Trioctylamin führt
zu einem noch geringeren Gehalt an Chlorid als die Destillation in Gegenwart von Tributylamin.
1. Verfahren zur Herstellung von Trialkylpnictogen umfassend die Schritte
(i) Umsetzung von Pnictogentrihalogenid der allgemeinen Formel MX3 mit Trialkylaluminium der allgemeinen Formel AlR3 zu Trialkylpnictogen der allgemeinen Formel MR3, gemäß der Reaktionsgleichung (I)
MX3 + AlR3 → MR3 + AlX3 (I)
wobei,
M ein Pnictogen, bevorzugt Bismuth oder Antimon, besonders bevorzugt Bismuth ist,
X jeweils unabhängig voneinander ein Halogen, bevorzugt Chlor, Brom oder lod, besonders
bevorzugt Chlor ist und
R jeweils unabhängig voneinander ein geradliniger oder verzweigter Alkyl Rest mit
1 bis 6 C-Atomen, bevorzugt mit 1 bis 4 C-Atomen, besonders bevorzugt Methyl oder
Ethyl und ganz besonders bevorzugt Methyl ist und
(ii) Destillation von Trialkylpnictogen der allgemeinen Formel MR3 in Gegenwart von Trialkylamin der allgemeinen Formel N(R1)3, wobei R1 jeweils unabhängig voneinander ein geradliniger oder verzweigter Alkylrest mit 4
bis 12 C-Atomen, bevorzugt 6 bis 10 C-Atomen und ganz besonders bevorzugt 8 C-Atomen
ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (i) Pnictogentrihalogenid in einem Medium suspendiert wird, bevorzugt
in einem nicht wechselwirkenden aliphatischen oder aromatischen Lösungsmittel, Destillatschnitt,
Weißöl oder Trialkylamin, besonders bevorzugt in Weißöl.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Schritt (i) und (ii) eine Destillation des Trialkylbismuths erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (i) in Gegenwart eines Alkalihalogenides, bevorzugt in Gegenwart von Natriumchlorid
(NaCl),), Kaliumchlorid (KCl), Natriumfluorid (NaF), Kaliumfluorid (KF), Natriumbromid
(NaBr) oder Kaliumbromid (KBr) und besonders bevorzugt in Gegenwart von Natriumchlorid
durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (i) Pnictogentrihalogenid vorgelegt wird und Trialkylaluminium über einen
Zeitraum von 1 Minute bis 10 Stunden, bevorzugt 1,5 Stunden bis 3 Stunden, erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung in Schritt (i) bei einer Reaktionstemperatur von 25 bis 120 °C, bevorzugt bei 60 bis 110 °C und besonders bevorzugt bei 95 bis
105 °C erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Destillation des Schrittes (ii) bei Normaldruck bei einer Temperatur von 75 bis
135 °C, bevorzugt bei einer Temperatur von 85 bis 125 °C und besonders bevorzugt bei
einer Temperatur von 95 bis 115 °C erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Destillation zwischen Schritt (i) und Schritt (ii) bei Normaldruck bei einer
Temperatur von 75 bis 135 °C, bevorzugt bei einer Temperatur von 85 bis 125 °C und
besonders bevorzugt bei einer Temperatur von 95 bis 115 °C erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Destillation zwischen Schritt (i) und Schritt (ii) unter vermindertem Druck,
besonders bevorzugt unter einem Druck von 50 mbar oder weniger erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an Pnictogentrihalogenid zu Trialkylaluminium 1:1 bis 1:5, bevorzugt 1:1
bis 1:3, besonders bevorzugt 1:1,2 bis 1:1,6 beträgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 umfassend die Schritte
(i) Umsetzung von Bismuthtrichlorid mit Trimethylaluminium zu Trimethylbismuth gemäß der Reaktionsgleichung
BiCl3 + Al(CH3)3 → Bi(CH3)3 + AlCl3 (II),
anschließende Destillation des in Schritt (i) hergestellten Trimethylbismuths,
(ii) Zugabe von Trioctylamin zu dem in Schritt (ii) erhaltenen Destillats und Destillation von Trimethylbismuth.
12. Trialkylbismuth hergestellt nach einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an aluminiumhaltigen Verbindungen 1 Gew.-% oder weniger, bevorzugt 100
ppm oder weniger und der Gehalt an chlorhaltigen Verbindungen 100 ppm oder weniger
beträgt.
13. Verwendung von Trialkylbismuth, hergestellt nach einem der Verfahren der Ansprüche 1 bis 11
für die Herstellung von Halbleitern oder den Einsatz als Quencher in der Herstellung
von Polycarbonat.